DE4332899C1 - Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung an Stromrichterventilen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung an StromrichterventilenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung ist durch
die DE 40 09 853 C1 bekannt.
Die bekannte Schaltungsanordnung dient der Feststellung, ab wann kein
Strom mehr durch die Stromrichterventile der gerade Strom führenden
Stromrichterbrücke fließt, damit ab diesem Zeitpunkt eine Freigabe für
eine kreisstromfreie Umschaltung auf die andere Stromrichterbrücke er
folgen kann. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein Strom durch ein
Stromrichterventil auf jeden Fall dann nicht fließt, wenn eine bestimmte
Spannung an der Anoden-Kathoden-Strecke des Stromrichterventils auf
tritt (zum Beispiel von mindestens 18 V an einem Thyristor). Zusätzlich
werden die Zündimpulse für die Stromrichterventile logisch mit den er
mittelten, den stromlosen Zustand signalisierenden Spannungsimpulsen ver
knüpft, so daß die Spannungsnulldurchgänge der jeweiligen Sperrspannung
am Stromrichterventil nicht fälschlicherweise als Stromführungsphase
interpretiert werden.
Während beim Betrieb mit nicht-lückendem Strom der stromlose Zustand
zeitlich recht genau feststellbar ist, entstehen Schwierigkeiten im (Strom-)
Lückbetrieb. Das hat seine Ursache darin, daß zur gleichmäßigen Span
nungsaufteilung auf die beiden Stromrichterbrückenhälften
üblicherweise eine Bedämpfung der (insbesondere als
Thyristoren ausgebildeten) Stromrichterventile vorgesehen
wird. Diese Bedämpfung (Einzelbedämpfung) besteht in der
Parallelschaltung einer Kondensator-Widerstands-Kombination
(R-C-Glied) zu jedem Paar der antiparallel angeordneten
Stromrichterventile der beiden Stromrichterbrücken (siehe
zum Beispiel K Heumann "Grundlagen der
Leistungselektronik", G.B. Teubner, Stuttgart, 1975, Seite
40). Insbesondere beim Betrieb der stromführenden
Stromrichterbrücke mit lückendem Strom verhindert die
Bedämpfung ein schnelles Abklingen der Spannung. D.h.
obwohl ein Strom bereits fließt, meldet die bekannte
Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung wegen dieser
Spannung fälschlicherweise keinen Stromfluß.
Durch die DE 30 33 916 C2 ist eine Schaltungsanordnung zur
Erfassung der Stromflußdauer an Stromrichterventilen
bekannt, bei der ein dem Stromfluß entsprechendes
Spannungssignal erfaßt und zusammen mit vom Steuersatz für
die Ventile erzeugten und über eine Kippstufe geführten
Signalen an die Eingänge zweier paralleler UND-Glieder
gelegt wird, wobei deren Ausgänge an ein ODER-Glied gelegt
sind, dessen Ausgangssignal dann zur Zündung der Ventile
verwendet wird. Damit wird eine möglichst gleichmäßige
Spannungsaufteilung bei einer Reihenschaltung von Ventilen
angestrebt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben,
die auch beim Vorhandensein von R-C-Bedämpfungsschaltungen
parallel zu den jeweils antiparallel liegenden
Stromrichterventilen der beiden Stromrichterbrücken den
stromlosen Zustand der Stromrichterventile stets richtig
und zeitlich genau ermittelt.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im
Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Durch das gezielte Einblenden bzw. Ausblenden der von der
monostabilen Kippstufe gelieferten (vom Sammelimpuls der
alle 60° anstehenden Zündimpulse abgeleiteten) Impulse wird
auch bei lückendem Strom der durch die Bedämpfung
hervorgerufene Fehler in der Meldung eines stromlosen
Zustandes vermieden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach
der Erfindung sind in den restlichen Ansprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung für
ein Ausführungsbeispiel erläutert werden.
Es zeigen
Fig. 1 als Prinzipschaltbild die Schaltungsanordnung nach der
Erfindung,
Fig. 2 das Prinzipschaltbild zweier antiparallelgeschalteter
Stromrichterbrücken, bei denen die Schaltung nach
der Erfindung gemäß Fig. 1 eingesetzt werden soll, und
Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von Strömen, Spannungen und
Signalen in Zusammenhang mit den Schaltungen nach
Fig. 1 und 2.
Gemäß Fig. 2 speist ein dreiphasiges Netz U, V, W zwei antiparallel ge
schaltete Stromrichterbrücken. Die eine Stromrichterbrücke ist durch
(als Thyristoren dargestellte) Stromrichterventile V1 bis V6 gebildet,
während die ihr antiparallel geschaltete Stromrichterbrücke aus (zur bes
seren Unterscheidung geschwärzt gezeigten, ebenfalls als Thyristoren dar
gestellten) Stromrichterventilen V1′ bis V6′ besteht. Gleichspannungssei
tig ist eine hier nicht gezeigte Last, zum Beispiel ein (Gleichspannungs-)
Motor angeschlossen, von deren Bedürfnissen es abhängt, ob die einen
Energiefluß vom Netz U, V, W zur Last bewirkende Vorwärtsstromrich
terbrücke mit den Stromrichterventilen V1 bis V6 oder die einen Ener
giefluß in umgekehrter Richtung erlaubende Rückwärtsstromrichterbrücke
mit den Stromrichterventilen V1′ bis V6′ in Betrieb ist. Die netzperio
disch einander um jeweils 60° zeitlich versetzten Zündzeitpunkte für die
einzelnen Stromrichterventile sind den in Fig. 2 gezeigten Stromrichter
ventilen jeweils zugeschrieben.
Die jeweils einander paarweise antiparallel geschalteten Stromrichterven
tile V1 und V4′, V3 und V6′, V5 und V2′ der oberen Brückenhälf
te 10 und V4 und V1′, V6 und V3′, V2 und V5′ der unteren Brückenhälf
te 20 sind in üblicher Weise einzeln bedämpft durch ihnen parallel ge
schaltete R-C-Glieder R11, C11 bis R13, C13 (obere Brückenhälfte) bzw.
R21, C21 bis R23, C23 (untere Brückenhälfte).
In bekannter Weise ist zur Bestimmung des stromlosen Zustands der
Stromrichterventile je Brückenhälfte ein Spannungserfassungsglied 7 bzw.
8 vorgesehen. Diese Spannungserfassungsglieder 7, 8 sind gleich aufge
baut, so daß hier nur das Spannungserfassungsglied 7 genauer gezeigt
und erläutert werden muß:
Der Anoden- Kathoden- Strecke jedes antiparallel geschalteten Stromrich
terventilpaares liegt je Netzphase und Brückenhälfte ein ohmscher Wider
stand in Reihe mit einem Optokoppler parallel. Die ohmschen Widerstän
de sind mit R1 bis R3, die Optokoppler mit 71 bis 73 bezeichnet.
Im stromlosen Zustand eines antiparallelen Stromrichterventilpaares steht
hier jeweils eine Spannung (mit U1 bis U3 bezeichnet) an, deren Vor
handensein der jeweilige Optokoppler als Signal weitergibt. Diese den je
weils stromlosen Zustand repräsentierenden Signale am Ausgang des Span
nungserfassungsgliedes 7 sind mit SO1 bis SO3 für die drei Stromrich
terventilpaare V1, V4′ bzw. V3, V6′ bzw. V5, V2′ der oberen Stromrich
terbrückenhälfte 10 bezeichnet. Entsprechend liefert das Spannungser
fassungsglied 8 für die Stromrichterventilpaare V4, V1′ bzw. V6, V3′ bzw.
V2, V5′ der unteren Stormrichterbrückenhälfte 20 die Signale SU1, SU2,
SU3.
Die Bedämpfung R11, C11 bis R13, C13 und R21, C21 bis R23, C23 der
Stromrichterventile ist, wie zuvor erwähnt, unverzichtbar, da bei lücken
dem Strom dafür gesorgt werden muß, daß eine gezielte gleichmäßige
Spannungsaufteilung an den Stromrichterventilen der oberen und unteren
Stromrichterbrückenhälften 10, 20 erfolgt. Die dargestellte Bedämpfung
verhindert jedoch bei lückendem Strom ein schnelles Abklingen der Span
nung an den Stromrichterventilen V1 bis V6, V1′ bis V6′. Obwohl ein
Strom bereits fließt, zeigen dann die Spannungserfassungsglieder 7 bzw. 8
mit den Signalen SO1 bis SO3 bzw. SU1 bis SU3 noch einen stromlosen
Zustand an. Für die kreisstromfreie Umschaltung der beiden in Fig. 2
gezeigten netzgeführten Stromrichterbrücken in Gegenparallelschaltung
muß jedoch sichergestellt werden, daß entweder die Stromrichterventile
V1 bis V6 der Vorwärtsstromrichterbrücke oder die Stromrichterven
tile V1′ bis V6′ der Rückwärtsstromrichterbrücke wirklich stromlos sind.
Hier greift nun die Erfindung ein, so daß immer sicher verhindert wird,
daß eine Umschaltung erfolgen kann, wenn ein Strom durch eines der
Stromrichterventile V1 bis V6, V1′ bis V6′ fließt.
Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild die Auswertung der von den Spannungser
fassungsgliedern 7 bzw. 8 gelieferten Signale SO1 bis SO3 bzw. SU1 bis
SU3 gemäß der Erfindung. Dabei bedeutet ein L-Pegel eines dieser Si
gnale, daß ein Strom durch das zugeordnete antiparallele Stromrichter
ventilpaar fließt.
Entsprechend Fig. 1 werden je Brückenhälfte 10 bzw. 20, die eine Span
nung U1, U2, U3 an den dortigen Stromrichterventilen V1/V4′, V3/V6′,
V5/V2′ bzw. V4/V1′, V6/V3′, V2/V5′ anzeigenden Signale SO1, SO2, SO3
bzw. SU1, SU2, SU3 einem NAND-Glied 1 zugeführt, dessen Ausgangssi
gnal jeweils an den einen Eingang eines ersten UND-Gliedes 3 und eines
zweiten UND-Gliedes 4 gelegt ist.
Zusätzlich wird das Summensignal S60° der netzperiodisch alle 60° auf
tretenden, mit ihrer ersten Flanke eine Zündung der Stromrichterventile
V1 bis V6 bzw. V1′ bis V6′ der jeweils stromführenden Stromrichter
brücke einleitenden Zündimpulse zur Bestimmung der stromlosen Phase
in den Stromrichterventilen herangezogen. Dieses Summensignal S60° wird
auf den Eingang einer monostabilen Kippstufe 2 mit dynamischem Ein
gang (Differenzierglied) gegeben, deren Ausgangssignal S′60° direkt an
den zweiten Eingang des zweiten UND-Gliedes 4 und deren negiertes
Ausgangssignal ′60° an einen weiteren Eingang des NAND-Gliedes 1
gelegt ist.
Die Ausgänge des ersten UND-Gliedes 3 und des zweiten UND-Gliedes 4
sind an die Eingänge eines gemeinsamen ODER-Gliedes 5 angeschlossen,
dessen Ausgangssignal SO bzw. SU an den zweiten Eingang des ersten
UND-Gliedes 3 zurückgeführt ist. Das Ausgangssignal SO bzw. SU entspricht
dem zu erfassenden Stromfluß durch ein beliebiges Stromrichterventil V1
bis V6 bzw. V1′ bis V6′ der jeweiligen Stromrichterbrückenhälfte 10 bzw.
20.
Die Ausgangssignale SO bzw. SU oder die entsprechend invertierten Si
gnale O bzw. U werden als Freigabesignale von einer nachgeschalteten
(hier nicht gezeigten) Umschaltautomatik zur kreisstromfreien Umschal
tung von der vorher stromführenden Stromrichterbrücke zur anderen
Stromrichterbrücke weiter verarbeitet.
Das Summensignal S60° weist eine definierte Impulslänge von T = 600 µs
auf. Das Ausgangssignal S′60° und das invertierte Ausgangssignal ′60°
der monostabilen Kippstufe 2 werden auf eine Zeit unter T = 600 µs ver
kürzt. Vorteilhaft ist eine Zeitdauer von T′ = 100 µs.
Am Ausgang des ODER-Gliedes 5 steht ein Signal SO bzw. SU mit einem
H-Pegel an, wenn das differenzierte Signal S′60° mit H-Pegel ansteht
und gleichzeitig die Ausgangssignale SO1 bis SO3, SU1 bis SU3 der Span
nungserfassungsglieder 7 bzw. 8 einen L-Pegel besitzen und damit am Aus
gang der NAND-Gliedes 1 ein Signal mit H-Pegel erscheint.
Wird für die (nicht gezeigte) Umschaltautomatik - wie vielfach üblich -
ein Signal mit L-Pegel benötigt, so wird dieses hinter einem Invertierer 6,
der dem ODER-Glied 5 nachgeschaltet ist, abgegriffen.
Fig. 3 soll in Diagrammen über der Zeit t das Ein- und Ausblenden der
Signale ′60° und S′60° bei einem definierten Betriebszustand verdeutli
chen:
Diagramm 3a zeigt den Spannungsverlauf UV1 am Stromrichterventil V1
der oberen Brückenhälfte 10 bei einem Zündwinkel von α = 90°.
Es wird dabei zunächst angenommen, wie im Diagramm 3b dargestellt, daß
der durch den Umkehrstromrichter fließende Laststrom IV1nl nicht lückt und
damit das Ausgangssignal SO1 des Spannungserfassungsgliedes 7 die im
Diagramm 3c ausgeführte Form SO1nl besitzt. Bei nicht lückendem Be
trieb ergibt sich durch die 120°-Stromflußdauer für das SO-Signal am
Ausgang des ODER-Gliedes 5 dann ein dauernder H-Pegel, was aber hier
nicht dargestellt ist, da dieser Fall unproblematisch ist.
Lückt dagegen der Laststrom (siehe Stromverlauf IV1l im Diagramm 3d),
so ergeben sich insbesondere durch die Dämpfungsbeschaltung unter
schiedliche Spannungsverläufe an dem Stromrichterventil V1, die zu einer
Verzögerung tEIN des Ausgangssignals SO1 des Spannungserfassungsglie
des 7 führen (siehe Diagramm 3e) und die immer dann auftreten, wenn die
zweite Stromkuppe innerhalb eines Stromrichterventils zu fließen beginnt.
Während der Zeit tAUS sind die Spannungsnulldurchgänge erfaßt. Da die
Verzögerung tEIN von der Auslegung der R-C-Beschaltung abhängig ist,
wird erstere gezielt mit dem Signal ′60° eingeblendet, da nach dem An
legen des Zündimpulses an den Steueranschluß der Stromrichterventile
stets ein Strom fließt (siehe Diagramm 3h). Diagramm 3f zeigt die Form
des Summensignals S60° (Sammelzündimpulse), aus dem die einzelnen
Zündimpulse für die Stromrichterventile üblicherweise mit den dazugehö
rigen Folgeimpulsen abgeleitet werden.
Mit dem Signal S′60° (siehe Diagramm 3g) werden die Spannungsnull
durchgänge immer dann ausgeblendet, wenn kein differenzierter Sammel
impuls ′60° vom Ausgang der monostabilen Kippstufe 2 das notwendige
Startsignal gibt. Für die Aus- und Einblendung muß sichergestellt sein,
daß die Zeit T′ < tEIN bzw. T′ < tAUS ist.
In den Diagrammen 3i und 3j ist der Lastsummenstrom IGl mit dem zu
gehörigen Auswertesignal SO am Ausgang des ODER-Gliedes 5 darge
stellt. Das zeigt, wie die Stromflußdauer durch die Schaltung nach der
Erfindung in abgestrebter Weise ohne Verzögerungen oder Unterbrechun
gen als digitales Signal gebildet wird.
Claims (4)
1. Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung an Stromrichterventilen
eines als kreisstromfreie Antiparallelschaltung zweier netzgeführter
Stromrichterbrücken betriebenen Umkehrstromrichters, bei der die
Spannung an den jeweils antiparallelen Stromrichterventilen pro Netz
phase und Brückenhälfte erfaßt und zusammen mit den Zündimpulsen
für die Stromrichterventile über logische Schaltglieder ausgewertet
wird,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß je Brückenhälfte (10 bzw. 20) die eine Spannung (U1, U2, U3) an den dortigen Stromrichterventilen (V1, V4′; V3, V6′, V5, V2′ bzw. V4, V1′; V6, V3′; V2, V5) anzeigenden Signale (SO1, SO2, SO3 bzw. SU1, SU2, SU3) einem NAND-Glied (1) zugeführt sind, dessen Ausgangssignal jeweils an den einen Eingang eines ersten UND-Gliedes (3) und eines zweiten UND-Gliedes (4) gelegt ist,
- - daß das Summensignal (S60°) sämtlicher netzperiodisch alle 60° auftretenden, mit ihrer ersten Flanke eine Zündung der Strom richterventile (V1 bis V6, V1′ bis V6′) der jeweils stromführen den Stromrichterbrücke einleitenden Zündimpulse einer monosta bilen Kippstufe (2) mit dynamischem Eingang (Differenzierglied) zugeführt sind, deren Ausgangssignal (S′60°) direkt an den zweiten Eingang des zweiten UND-Gliedes (4) und deren negiertes Aus gangssignal (′60°) an einen weiteren Eingang des NAND-Glie des (1) gelegt ist, und
- - daß die Ausgänge des ersten (3) und des zweiten UND-Gliedes (4) an die Eingänge eines gemeinsamen ODER-Gliedes (5) angeschlos sen sind, dessen dem zu erfassenden Stromfluß durch ein beliebi ges Stromrichterventil (V1 bis V6 bzw. V1′ bis V6′) der jeweili gen Brückenhälfte (10 bzw. 20) entsprechendes Ausgangssignal (SO bzw. SU) an den zweiten Eingang des ersten UND-Gliedes (3) zurückgeführt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssignale (S′60°, ′60°) der monostabilen Kippstufe (2)
auf eine Zeit verkürzt sind, die unter der Impulslänge der Zündimpulse
für die Stromrichterventile (V1 bis V6, V1′ bis V6′) liegt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangssignale (S′60°, ′60°) auf eine Zeit von 100 µs
verkürzt sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang des ODER-Gliedes (5) an den Eingang eines Inver
tierers (6) gelegt ist, dessen Ausgang mit einer die Umschaltung
des Betriebes von der stromführenden Stromrichterbrücke auf die ihr
antiparallel geschalteten Stromrichterbrücke bewirkenden Umschalt
stufe verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934332899 DE4332899C1 (de) | 1993-09-22 | 1993-09-22 | Schaltungsanordnung zur Stromflußdauererfassung an Stromrichterventilen |
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Publications (1)
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- 1993-09-22 DE DE19934332899 patent/DE4332899C1/de not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CEGELEC AEG ANLAGEN UND ANTRIEBSSYSTEME GMBH, 1227 |
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